高等学校化学学报

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1. 高等学校化学学报2023年第44卷第6期封面和目次

高等学校化学学报 2023, 44 (6): 1-6.

摘要（158）

PDF（pc）（53746KB）（1862）

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3. 高镍三元正极材料的表面包覆策略

王弈艨, 刘凯, 王保国

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1514-1529. DOI: 10.7503/cjcu20200489

摘要（2029）

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PDF（pc）（27413KB）（1376）

锂离子电池(LIBs)因具有更高的重量/体积能量密度、更长的使用寿命、更低的自放电率等优点而逐渐被广泛应用. 相比于已经广泛使用的钴酸锂和磷酸铁锂等正极材料, 高镍三元正极材料Li[Ni_1-_x_-_yCo_xMn_y]O₂(NCM)以其高电压和高容量等优点, 逐渐成为下一代高能锂离子电池的首选正极材料之一. 尽管高镍NCM正极材料具有上述优点, 但在进一步的实际应用前还需解决其循环稳定性、倍率性能和安全性等问题, 这些问题主要源于NCM材料本身的晶体结构不稳定、正极-电解液间界面副反应及高界面电阻等. 针对这些问题, 目前对高镍NCM正极电化学性能优化的大量研究都与电极-电解液界面有关, 如何通过改善界面稳定性、增加离子在固液界面的迁移率、抑制界面副反应、提高正极材料的稳定性进而改善电池性能成为了关注焦点. 本文总结了目前对于其电化学性能衰减的机理解释, 分类概括了包括电化学惰性包覆锂、残积物清除剂包覆和锂离子良导体包覆等对于高镍NCM正极材料的颗粒表面包覆策略, 简述了一些新兴的包覆策略, 并对高镍NCM正极材料的发展方向和前景提出了展望.

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4. 锂硫电池中的催化作用: 材料与表征

耿传楠, 化五星, 凌国维, 陶莹, 张辰, 杨全红

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1331-1339. DOI: 10.7503/cjcu20210003

摘要（1741）

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锂硫电池是高能量密度储能体系的重要发展方向, 但其本征的“固-液-固”转化过程缓慢, 穿梭效应的存在使其循环寿命和能量密度远低于理论值. 如何加速硫的可逆反应成为实现锂硫电池变革性突破的关键. 近年来, 催化过程在锂硫电池研究中崭露头角, 高效催化剂的引入能够降低硫转化的势垒, 加速“固-液-固”转化进程, 提高硫的利用率, 从“准源头”上降低穿梭效应发生的概率, 减少电解液需求量, 提升锂硫电池整体性能. 本文综合评述了锂硫电池中高效催化材料的研究进展, 提出原位表征技术对催化机理研究的重要性和紧迫性, 并对锂硫电池未来的技术发展趋势进行了展望.

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5. 准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展

岳胜利, 武光宝, 李星, 李康, 黄高胜, 唐翌, 周惠琼

高等学校化学学报 2021, 42 (6): 1648-1671. DOI: 10.7503/cjcu20200863

摘要（1706）

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新型有机-无机杂化二维（2D）钙钛矿具有优良的光电性能、结晶性和稳定性, 在太阳能电池领域引起广泛关注. 相比于三维（3D）钙钛矿, 由于有机间隔阳离子（OSC）的引入形成独特的层状晶体结构赋予了材料特殊性质: （1）多层量子阱结构促成材料各项异性的光电性质; （2）间隔阳离子改变前驱体团簇状态, 实现溶液中高质量的结晶; （3）间隔层的疏水性质和抑制离子迁移作用, 从本源上改善了钙钛矿的稳定性. 近年来, 针对准2D钙钛矿太阳能电池（准2D-PSCs）展开了广泛研究, 并取得了一系列重要研究成果. 本文从准2D钙钛矿材料的晶体结构与取向、相分布、光电性质到器件的能量转化效率与稳定性等方面, 综合评述了近年来准 2D-PSCs的最新研究进展, 总结了晶体结构-材料性质-电池性能之间的作用机制, 并进一步展望了未来研究的趋势.

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6. 可穿戴柔性触觉传感器的研究进展

潘晓君, 鲍容容, 潘曹峰

高等学校化学学报 2021, 42 (8): 2359-2373. DOI: 10.7503/cjcu20210012

摘要（1412）

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可穿戴柔性触觉传感器是用来模仿人类触觉的器件, 可以感知人体以及外界环境的运动、形变和压力等信息, 在智慧医疗和智能机器人等领域具有广泛的应用前景. 近年来, 大量柔性触觉传感器的研究使其性能得到了巨大的提升, 并在很多领域得到了应用. 本文首先简述了柔性触觉传感器的结构和基本性能; 然后重点介绍了具有自愈合、自驱动以及可视化等新型高性能触觉传感器的研究进展; 接下来讨论了柔性触觉传感器在可穿戴电子技术、医疗保健以及人机交互界面等方面的应用; 最后展望了柔性触觉传感器未来所面临的机遇与挑战.

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7. 低温等离子体在锂离子电池材料中的应用

石颖, 胡广剑, 吴敏杰, 李峰

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1315-1330. DOI: 10.7503/cjcu20200675

摘要（1170）

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PDF（pc）（12647KB）（1166）

综合评述了低温等离子体技术的基本原理、常用方法及其在锂离子电池材料领域中的研究进展, 重点评述了等离子体技术在锂离子电池正极、负极、隔膜及固态电解质等重要组分中的材料制备与表面改性方面的主要研究结果和应用优势, 并对其所面临的挑战和未来的应用方向进行了展望.

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8. 锂离子电池硅氧化物负极首次库伦效率的影响因素与提升策略

李辉阳, 朱思颖, 李莎, 张桥保, 赵金保, 张力

高等学校化学学报 2021, 42 (8): 2342-2358. DOI: 10.7503/cjcu20210177

摘要（2924）

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硅氧化物(SiO_x, 0<x≤2)具有高的比容量和低的嵌锂电位, 且体积膨胀率显著低于纯硅负极, 因而被认为是替代传统石墨负极材料的理想选择之一. 然而SiO_x负极在首次嵌锂过程中表面形成的固体电解质界面膜(SEI)以及大量的不可逆产物, 造成其首次库伦效率偏低, 严重阻碍了SiO_x负极的实际应用. 本文从SiO_x的结构模型出发, 系统阐述了SiO_x负极的嵌锂机理以及首次库伦效率低的原因; 归纳了SiO_x负极首次库伦效率的提升策略及其研究进展; 并对提升SiO_x负极首次库伦效率的未来发展方向进行了展望.

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9. 光电解水制氢耦合生物质醇/醛氧化的研究进展

陈望松, 罗兰, 刘玉广, 周华, 孔祥贵, 栗振华, 段昊泓

高等学校化学学报 2022, 43 (2): 20210683-. DOI: 10.7503/cjcu20210683

摘要（1617）

HTML （123）

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生物质醇/醛是一类重要的生物基平台化合物, 通过催化氧化重整可将其进一步转化为高值含氧化学品或燃料. 太阳能驱动的光电催化技术是实现生物质醇/醛氧化最为绿色高效的途径之一. 与传统光电解水制氢相比, 利用生物质醇/醛氧化来替代阳极析氧过程不仅可以提高阳极产物的附加值, 同时可以提升太阳能到氢能的转化效率. 因此, 光电解水制氢耦合生物质醇/醛氧化对绿氢提效降本和高值化学品合成具有重要意义. 本文综合评述了光电解水制氢耦合生物质醇/醛的氧化反应机理, 总结了目前光电催化技术在生物质醇/醛氧化方面的研究进展, 最后对该领域所面临的机遇和挑战进行了展望.

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10. 电子电镀铜新体系中添加剂对铜电沉积及镀层结构的影响机制

李威青, 金磊, 杨家强, 王赵云, 杨防祖, 詹东平, 田中群

高等学校化学学报 2021, 42 (9): 2919-2925. DOI: 10.7503/cjcu20210225

摘要（895）

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以低主盐浓度、弱碱性、复合配位的柠檬酸盐电子电镀铜新体系为研究对象, 阐明了新型添加剂XNS(聚胺类化合物和含氮化合物的混合物)在新电沉积铜体系中的作用. 恒电流沉积实验结果表明, 添加剂XNS能够提高铜沉积的电流效率, 特别是在2.0 A/dm²电流密度下, 添加剂XNS使铜沉积电流效率达到95.4%, 提高了17.5%. 电化学实验的结果表明, 添加剂XNS改变了铜沉积的电极过程, 由原来的两步单电子还原过程 [Cu(Ⅱ)+e→Cu(Ⅰ)+e→Cu]转变为一步两电子还原过程[Cu(Ⅱ)+2e→Cu]. 虽然添加剂XNS呈现促进铜电沉积的特征, 即还原电流增大, 但铜镀层颗粒却更细小、更致密均匀. 在2.0 A/dm²电流密度下, 铜镀层晶体结构由无添加剂时的(111)晶面重构为高择优取向的(200)晶面.

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11. 锂离子电池硅基负极材料的预锂化研究进展

李世恒, 王超, 鲁振达

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1530-1542. DOI: 10.7503/cjcu20200503

摘要（1446）

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锂离子二次电池已成为日常生活中不可或缺的一部分, 而现有的锂离子电池并不能完全满足电动汽车领域高能量密度的要求, 发展具有高能量密度的电极材料是解决问题的关键. 硅负极因理论比容量高、脱嵌锂电位低、来源广泛等优点而备受关注, 但其巨大的体积变化(约300%)以及低的首次库仑效率阻碍了其商业应用. 预锂化技术可以有效提高首次库仑效率、实现高性能硅基负极, 本文阐述了预锂化的科学必要性, 介绍了各种预锂化的方法以及优缺点, 最后对硅基负极预锂化应用的挑战和前景进行了展望.

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12. 金属卤化物钙钛矿纳米晶高效发光二极管的制备与器件性能优化

王坤华, 姚纪松, 杨俊楠, 宋永慧, 刘雨莹, 姚宏斌

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1464-1479. DOI: 10.7503/cjcu20200670

摘要（1742）

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金属卤化物钙钛矿作为一类新型的离子型直接带隙半导体材料在电致发光二极管(LED)中有着重要应用前景. 但实现其应用的前提在于金属卤化物钙钛矿材料需要保持高的发光效率和好的稳定性. 为了提高金属卤化物钙钛矿作为LED发光层的激子结合效率，从而提升其发光效率, 设计和合成金属卤化物钙钛矿纳米晶材料是一个有效途径. 目前, 基于纳米晶材料设计的金属卤化物钙钛矿LED在绿光和红光(包括近红外光)范围已经展现了高的发光亮度和外量子效率(EQE), 其中最高EQE已经超过了20%, 但其稳定性仍无法满足器件应用的要求. 此外, 更值得关注且更重要的是, 蓝光钙钛矿LED的发光亮度和EQE目前仍然不高. 如何制备高效、稳定的金属卤化物钙钛矿纳米晶LED, 特别是蓝光LED, 是一个具有重大应用前景且具有挑战性的课题. 本文重点介绍了金属卤化物钙钛矿纳米发光层的结构设计和合成方法及金属卤化物钙钛矿LED的研究进展, 分析了金属卤化物钙钛矿LED不稳定的原因, 并对金属卤化物钙钛矿LED研究面临的挑战和未来发展方向进行了总结与展望.

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13. 可见光促进二氧化碳参与的羧基化反应

张振, 邓煜, 张琴芳, 余达刚

高等学校化学学报 2022, 43 (7): 20220255-. DOI: 10.7503/cjcu20220255

摘要（1431）

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二氧化碳是众所周知的温室气体, 也是重要的C1资源, 利用二氧化碳合成高附加值化合物具有重要意义. 其中, 羧酸类化合物广泛存在于天然产物、药物、日化品及工业原料中, 是一类非常重要的化合物. 因此, 利用二氧化碳合成羧酸类化合物是一个重要的研究方向; 另一方面, 由于二氧化碳反应活性低, 其转化通常需要高温等苛刻条件. 为解决该问题, 人们利用可见光作为能量来源, 可以在温和条件下实现二氧化碳的高效转化. 鉴于该方向近年来的蓬勃发展, 本文主要对可见光促进二氧化碳参与的羧基化反应进行介绍和总结, 按烯烃、炔烃、醛酮、亚胺和(类)卤代物等重要的化工原料分类阐述, 并将各个反应的特点和机理将作为阐述的重点. 本文也对该领域的未来发展方向进行了展望, 希望为该领域的进一步发展提供参考.

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14. 锂离子电池高容量合金基含锂负极材料的研究进展

毛尔洋, 王莉, 孙永明

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1552-1568. DOI: 10.7503/cjcu20200750

摘要（967）

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现有的以石墨为负极的锂离子电池能量密度逐渐接近其理论极限. 基于合金化反应机制的高容量含锂负极材料Li_xM_y(M为能够和锂发生合金化反应的元素)是一类新兴的负极材料, 具有数倍于石墨的储锂比容量, 且可以为电池提供活性锂源. 这些特性使其能够与高容量无锂正极材料(如S, O₂, FeF₃和V₂O₅等)相匹配, 构建下一代高比能锂离子电池新体系. 本文综述了近年来高容量合金基含锂负极材料(如Li_xSi, Li_xSn, Li₃P和Li_xAl基系列材料)的研究进展, 分析了所面临的挑战, 概述了材料的合成与电极的制备方法, 并介绍了它们在常规锂离子电池、锂离子-硫电池及锂离子-空气电池等多个全电池体系中的应用实例, 提出并举证了其电化学性能优化与调控的策略, 最后展望了未来的研究方向.

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15. 金属-有机框架衍生中空超级结构的研究进展: 合成与应用

邹莹莹, 张超琪, 袁玲, 刘超, 余承忠

高等学校化学学报 2023, 44 (1): 20220613-. DOI: 10.7503/cjcu20220613

摘要（387）

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金属-有机框架(MOF)衍生功能材料的合理设计对于其应用具有重要意义. 以简单MOF衍生物为基本单元组装成中空超级结构(HSSs)是提升材料性能的有效策略. 目前关于MOF衍生物的综合评述已有诸多报道, 然而鲜少针对HSSs的构筑和应用. 本文系统总结了MOF衍生HSSs相关研究的最新进展. 首先, 根据结构差异将MOF衍生HSSs分为5种类型; 其次, 总结了由MOF衍生物构建HSSs的策略, 着重阐述如何设计MOF前驱体和选择转化条件; 随后, 展示了MOF衍生HSSs在能源和催化相关领域的一些应用；最后, 提出了MOF衍生HSSs研究领域所面临的挑战和机遇, 旨在为MOF衍生材料的结构设计和性能强化提供一些思路.

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16. 过渡金属磷化物的制备及电催化析氢性能提升策略

季小好, 王祖民, 陈晓煜, 于然波

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1377-1394. DOI: 10.7503/cjcu20200658

摘要（1753）

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氢能是一种绿色、高效的二次能源, 在廉价的非贵金属催化剂的辅助下, 电解水制氢以其低成本和高效率受到广泛关注. 过渡金属磷化物因其独特近似球形三角棱柱单元结构能够暴露出更多配位不饱和表面原子, 因此在电解水制氢中表现出优异的催化活性和强耐腐蚀性. 本文综述了过渡金属磷化物的制备方法和在电催化析氢中的应用和性能的改善策略. 最后讨论了过渡金属磷化物催化剂存在的一些亟待解决的问题, 并展望了其未来的发展方向.

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17. 硅负极黏结剂的研究进展

刘铁峰, 张奔, 盛欧微, 佴建威, 王垚, 刘育京, 陶新永

高等学校化学学报 2021, 42 (5): 1446-1463. DOI: 10.7503/cjcu20200680

摘要（865）

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硅材料在锂离子电池负极中具有极高的应用前景, 当前的挑战是其脱锂嵌锂过程中大幅度的体积变化对负极性能的影响. 本文综合评述了黏结剂策略在解决硅材料体积效应问题方面的独特优势, 探讨了硅用黏结剂的发展历程和多功能趋势, 系统总结了硅用黏结剂在提升硅负极电化学性能上的研究进展, 并对未来硅用黏结剂发展的新思路和新方向进行了展望.

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18. 多酸-环糊精超分子体系的研究进展

魏哲宇, 吴志康, 茹诗, 倪鲁彬, 魏永革

高等学校化学学报 2022, 43 (1): 20210665-. DOI: 10.7503/cjcu20210665

摘要（883）

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综合评述了近些年来基于环糊精的多金属氧簇超分子体系的代表性工作, 以参与构建的多酸-环糊精超分子复合物中不同多酸的结构类型为分类依据进行了相应的归纳概述. 希望本文可以引起读者对于多金属氧簇-环糊精超分子体系的研究兴趣, 并为研究者提供一些新的思路和启发.

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19. 单原子催化剂在电催化还原CO₂领域的应用

金湘元, 张礼兵, 孙晓甫, 韩布兴

高等学校化学学报 2022, 43 (5): 20220035-. DOI: 10.7503/cjcu20220035

摘要（977）

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PDF（pc）（13736KB）（901）

温和条件下以CO₂为原料制备高附加值化学品, 是CO₂资源化利用的重要方法, 在众多CO₂转化方法中, 电催化CO₂还原(e-CO₂RR)具有绿色、清洁及条件可控等优势, 可以促进碳中和, 实现可持续发展. 然而, 由于其缓慢的动力学和较低催化剂活性, CO₂电催化还原仍然存在低选择性, 低电流密度的问题. 单原子催化剂具有最大的原子利用率和明确定义的催化活性位点, 同时因其良好的配位结构和独特的电子结构极大地促进了CO₂电催化还原的动力学过程, 是CO₂电还原领域极具发展潜力的催化材料. 本文讨论了过渡金属和主族金属基单原子催化剂用于电催化CO₂还原的研究进展, 系统总结了杂原子配位, 双/单原子位点, 金属-载体相互作用, 空间限域和分子桥联等策略调控单原子的微环境进而优化催化的性能, 揭示了单原子催化剂在 e-CO₂RR领域内的突出优势和广阔的应用前景. 最后, 分析了单原子催化剂在CO₂电催化转化过程中面临的挑战, 并对其未来进行了展望.

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20. MOF衍生碳基电催化剂限域催化O₂还原和CO₂还原反应

张小玉, 薛冬萍, 杜宇, 蒋粟, 魏一帆, 闫文付, 夏会聪, 张佳楠

高等学校化学学报 2022, 43 (3): 20210689-. DOI: 10.7503/cjcu20210689

摘要（1167）

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化石燃料的大量消耗和环境的逐渐恶化导致迫切需要开发和探索有效的能源转换和存储技术. 电化学是各种能源转换装置的基础和关键. 设计和合成具有高催化活性的非贵金属基和非金属基催化剂是最好的选择. 金属有机骨架(MOF)衍生的碳基材料具有比表面积大、孔隙率高的特点, 可以选择性地限制不同类型的金属. 因此, MOF衍生碳作为催化剂载体使用时具有良好的限域效应, 有利于提高催化剂的活性和稳定性. 本文综合评述了MOF衍生材料在催化反应中的限域效应, 并介绍了MOF衍生碳基材料在氧还原反应(ORR)和二氧化碳还原反应(CO₂RR)电催化方面的最新进展, 揭示了MOF碳基材料在电催化反应中的构效关系. 最后, 讨论了MOF衍生的碳基材料在ORR和CO₂RR电催化中的挑战和机遇, 以及未来可能的解决方案.

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